I摘要乒乓球是一項集速度、耐力、反應力和力量為一體的運動，同時也是考驗技術和戰術的運動。乒乓球運動不僅適合小孩也適合老人的運動，對身體素質要求不高。隨著科技生活的不斷發展，人們的生活水平不斷的提高，人們追求也不斷提高。為了使廣大練習者能達到學習乒乓球技術和健身的效果，本文設計了一種方便且好控制的乒乓球發球器。本文綜述了普遍的乒乓球發球器的類型和優缺點。了解乒乓球發球的原理，設計一種以對轉雙摩擦輪的發球原理，能夠發射上下旋球和不旋球；采用了絲杠與螺母的配合其工作的原理，設計出乒乓球發球器的升降裝置。利用齒輪帶動輸球管上嚙合的齒盤設計搖擺裝置；采用六個收球槽的葉片輪輸球。對乒乓球發球器的功能結構等設計分析。本文采用三維造型設計和功能設計相結合，利用SolidWorks軟件繪制乒乓球發球器的零部件和總裝三維圖。用AutoCAD繪制工程圖。本文設計乒乓球發球器結構比較簡單，體積適中，拆裝比較簡單，容易操控，老少皆宜，能發射不同角度、速度和旋轉的球。關鍵詞：三維結構設計；功能結構設計；SolidWorks；AutoCAD。全套圖紙加V信153893706或扣3346389411

TableTennisBallMachineDesignAbstract:Tabletennisisasetofspeed,endurance,reactionforceandstrengthasoneofthesport,butalsoatestoftechnicalandtacticalmovement.Tabletennisisnotonlysuitablefortheelderlyisalsosuitablefortheelderlychildrenexercise,physicalfitnessdonotask.Withthedevelopmentoflifescienceandtechnology,people'slivingstandardsimprove,peoplepursueisalsorising.Inordertoreachthemajorityofpractitionerscanlearntennistechniqueandfitnessresults,designaconvenientandwell-controlleddeviceofTableTennisService.Thisarticlereviewsthecommontennisballonthetypeandadvantagesanddisadvantagesof.LearnofTableTennisServiceprinciplesdesignedtoserveadualfrictionwheelrotationprinciple,capableoffiringupanddownspinandnotspin;UsingtheprincipleofthescrewandnutwithitsworktodesigntheliftingdeviceofTableTennisService.Theuseofgeardriveengaginglosingteethonthetubeplatedesignrockingdevice.Itusessixreceivedtheballslotbladewheelslose.DesignandAnalysisofTableTennisthefunctionstructure.Inthispaper,three-dimensionaldesignandfunctionaldesigncombinedwithSolidWorkssoftwaretodrawtabletennisballmachinecomponentsandassemblythree-dimensionalmap.EngineeringDrawingwithAutoCAD.ThisdesignIofTableTennisServicestructureisrelativelysimple,modestvolume,disassemblyissimple,easytocontrol,youngandoldareeasilycapableoffiringdifferentangle,speedandrotationoftheball.Keywords:three-dimensionalstructuredesign;functionaldesign;SolidWorks;AutoCAD.目次摘要 IAbstract: II1引言 51．1論文選題的根據和研究意義 51.2常見的乒乓球發球器的種類 51.3設計的主要內容 71.4小結 72乒乓球發球器的要求和準則 82.1乒乓球發球器過程 82.2乒乓球發球器的要求 82.3整體方案 82.4乒乓球發球器整體參數 92.5小結 93乒乓球發球器傳動設計 103.1乒乓球發球器原理 103.2乒乓球發球器的升降裝置和搖擺裝置的設計 113.3乒乓球發球器的電機選擇 123.4輸球裝置的設計 143.5傳動部分的設計 143.6儲球箱和撥球裝置的設計 193.7小結 204乒乓球發球器部分零部件三維設計 214.1乒乓球發球器箱體的設計 214.2機頭管道設計和摩擦輪的選擇 214.3電機造型 224.4底座板設計 224.5小結 235乒乓球發球器的裝配設計 245.1重點部分零部件的裝配設計 245.2輸球裝置電機與葉片輪裝配 245.3.乒乓球發球器發射裝置的裝配設計 255.4升降裝置的裝配 275.5撥球裝置和儲球箱的裝配 285.6搖擺裝置的裝配 295.7各大部分的裝配 305.8本章小結 316乒乓球發球器的使用注意事項和保養 327總結 33致謝 34參考文獻 351引言1．1論文選題的根據和研究意義乒乓球運動是無國界的運動，在乒乓球這個運動中，發球的好壞決定著輸贏的一半。發球在乒乓球運動的各個技術中是不受對手限制，能夠體現出自己的個性、進攻性和想象力等。在乒乓球比賽中，高質量的發球不僅能夠直接得分，還能為進攻創造有利條件，并使對手產生較大的心理壓力。隨著乒乓球運動的不斷發展，發球的種類越來越多，發球的好壞成了一個選手能否成功的首要因素之一。到21世紀乒乓球運動已經越來越為人們喜愛，為了推動乒乓球運動更好的融入社會，其中在2002年10月1日，將乒乓球發球改為了“無遮擋發球”，國際乒聯提高了乒乓球比賽的觀賞性，使比賽回合增加，促使世界乒乓球運動更好的向前發展，以求最大限度地降低發球者給對方造成的直接威脅，利用無遮擋發球降低接發球者的難度。為快速適應新規則的發球技術，探索新的發球技術，尋求更科學、有效的發球訓練方法，以保持我國乒乓球運動在世界上的領先地位。本課題設計的一種多功能的乒乓球發球器，主要利用機電相結合，這種發球器可以將發球速度控制在10m/s到20m/s，發射多角度、多速度的線路球或組合球，為更多的業余的愛好者或專業選手提供更多的選擇。大大縮短使用者的掌握規范全面的技術的訓練時間。1.2常見的乒乓球發球器的種類1）無需電源類大致分為三類主要有：桌上類、攜帶類、落地類的對打器，主要由特制板塊、乒乓球的塑料膠套、支撐架構成。桌上類和攜帶類板面都是8塊方形未剪的膠套大小，紅色為發膠，海綿厚度約為2.0mm，黑色的為粒膠（介于長膠與半長膠之間），海綿厚度大約為1.0mm。套膠性能同上。落地類的板面是16塊方形未剪的膠套大小，膠套的性能和上述的一樣。為了打出不同的旋轉的球，對打器的擊球板面的角度可隨意調節。落地類的對打器的體積最大，適用于對中遠臺發力技術的練習，比如連續發力拉球；桌上類的對打器體積最小而且只有一個桌上支架，適用于近臺技術的練習，比如正反手攻球；攜帶類的體積比較小有且兩個支架，一個是落地支架同落地類的支架，體積略小，一個是桌上支架和桌上類的支架一樣。對打器的結構接近真實的球拍，通過角度、距離的自由調節，可以的到真實性練習；對打器分兩面套膠，兩面的性能不同，使用者使用不同套膠訓練，可以練習不同種類的打球技術。缺點：結構雖然比價簡單，但價格卻不低，性價比也不高；相對與常規的發球機，對打器的原理比較單一而且單球訓練，雖然利用提高連續性和協調性，但無法達到訓練多種類的技術和動作。而常規的發球器立足點就是為了多球訓練，接近與人對打，可以對動作進行訓練，長期使用比較容易訓練動作定型。。初學者使用對打器時，常常把注意力放在增加乒乓球的回擊次數上，而忽略了動作的規范和準確性。對打器因為太多細節都可自由調節，而反彈力是有其規律（大于上限會出界，小于下限會下網），就造成了不能隨意發力或減力就顯的單一了。2）桌上類便攜式桌上類便攜式的乒乓球發球器代表是IPONG，美國品牌，質量為2.5英鎊，發球的頻率有快有慢，最快的發球頻率為70個/min，最少發球頻率為28～34個/min，最多儲存乒乓球為110個，可發上下旋、重旋、不旋球四種旋轉。IPONG的操作按鈕可以自主調節而且很靈活，最新的IPONG四代可以發出簡單的不定落點球。優點：IPONG相比其他自動化發球器是最便宜的一款，性價比高；雖然說定點球還是不定點球，IPONG的功能簡單點，但最起碼都比較全面，能夠滿足一般訓練或者使用者的需求。IPONG主要由可拆的上下底座、中間工作裝置、電源等幾部分組成，體積較小且重量輕，裝拆簡單老少皆可以完成而且攜帶方便。缺點：IPONG為桌上類的發球器，容易被使用者的回球擊打到，而為了減輕配置質量，IPONG使用的塑料材質較薄，當球打到機身上時，長久比較容易損傷機器；IPONG活動范圍太單一，只能在乒乓球臺內，調節的空間距離有限，回球的弧度和落點球與標準型發球機相比較為單一（只有機器本身的三點位不定點練習），訓練單一，不能多樣化的訓練。3）標準類標準類的乒乓球發球器傳統印象中的發球器，此類發球器比較常見，而且品牌眾多，型號也是眾多，常見的品牌有以“隨時隨地享受快樂乒乓”為理念的樂吉高手（常見型號為540、1040、2040等）、以物美價廉著稱的超級教練、以精密齒輪起家后專攻發球機的泰德（常見型號為V981～V989G等）、多領域涉獵的奧奇（常見型號為TW-2700-06～TW-2700-S9等）、后起之秀多利先科（常見型號為DL-161～DL-163等）、高端的許紹發智能教練機和新星2080發球機等等。優點：在一定的價格里，標準類發球器的質量和功能都相對的增加，機器配件的使用性、耐用性大大提升，無論是定點球、兩點球等的基本功能夠完善，出球大多都能達到要求的數量，售后維修的服務有保障；由于不同的品牌的生產理念和制作手段不同，細節方面也出現不同的發展方向，消費者可以根據愛好的不同有更多不同的選擇，比如超級教練標稱功能強大、做工用料和實際性能一般，價位走平民化路線；樂吉高手定點等基本功能扎實流暢、出球略顯發“頂”、仿真度一般；泰德和奧奇為老牌廠家，產品總體來說質量不錯，型號也最為豐富，泰德V989E、奧奇TW-2700-08至今為發球機市場上的拳頭產品，同時均依靠其強大研發能力開發出雙頭發球機，泰德研發的機器人發球機為發球機市場的一朵奇葩。缺點：莫說動輒上萬的新星2080發球機，就是許紹發智能教練機和泰德、奧奇新推出的雙頭發球機，價位都不是一般愛好者能消受得起的，質量再好，價格始終是不容回避的一道坎；制作工藝日漸復雜、引入電腦編程技術、細節設置越來越精確化。“本事越大，麻煩事越多”，萬一哪個零件出現點小故障，別說智能練習，就是定點練習估計也沒辦法了[1]。4）機器人發球機市場上較常見的機器人發球機，是泰德推出的泰德1號、泰德2號、泰德3號、泰德5號，根據消費人群的不同進行劃分。機器人發球機可以模仿真人的擊球動作，左手拋球，右手擊球，球拍采用特殊材料制成，節奏頻率與真人對打類似。優點：機器人發球機號稱“最人性化的發球機”，相比其它發球機，其機器面板親切得多。缺點：鑒于機器人發球機制作成本較高，價位普遍偏高，一般球友往往承受不起；性能與同價位標準型發球機相比，功能上沒有質的突破。1.3設計的主要內容本次設計的主要內容是乒乓球發球器的結構和三維造型的設計。應用SolidWorks和AutoCAD進行設計[2]，對乒乓球發球器的發射裝置、輸球裝置、搖擺裝置和升降裝置等進行設計，使設計能夠更加直觀的表示出來。結構設計部分對電機的選擇等選擇的依據參數進行設計。乒乓球發球器整體材料主要選用增強塑料[3]ABS制成（ABS樹脂是五大合成樹膠之一，其抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學藥品性及電氣性能優良，還具有易加工、制品尺寸穩定、表面光澤性好等特點，容易涂裝、著色，還可以進行表面噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工），部分結構選用優質鋼制成。1.4小結乒乓球發球器是集電子、機械和計算機技術為一體的綜合技術產物。能夠更好的適應各種訓練的需求。乒乓球作為我國國球，也是大眾比較喜歡的運動，設計一種能夠合適大眾的乒乓球發球器，這將對乒乓球發球器的制造和工作的開展大有好處。2乒乓球發球器的要求和準則2.1乒乓球發球器過程乒乓球發球器的原理是利用對轉摩擦輪摩擦球原理，乒乓球受摩擦輪的作用力下獲得一定初速度。乒乓球發球器工作過程：先是乒乓球儲存在儲球器內，當電源接通后，系統控制下開始工作模式，開始工作后通過撥球裝置的電機的帶動下，儲球器里的攪拌機構攪拌，乒乓球利用自重經漏斗進人輸球裝置，輸球裝置中有由直流電機帶動的減速齒輪帶動帶有收球槽葉片輪，由輸球裝置輸送乒乓球到輸球管道內排成一排，經輸球管道輸球到發射機構，發射機構發射乒乓球[4]。其功能組成如圖2.1所示：圖2.1乒乓球發球器功能組成圖框其中升降裝置可以發射不同高度的球。角度擺動裝置，在一定的角度或者固定的角度內發射出乒乓球。2.2乒乓球發球器的要求1）可調發球角度；2）使用者可以方便的掌握多角度，多落點的發球；3）發球頻率：17~90次/分鐘；4）發球速度，可以通過調節電機的速率改變；5）自動回收和供球系統，持續擊打，無須撿球；6）快速安裝與拆卸只需幾分鐘，無須任何工具；2.3整體方案1）發射裝置固定在出球口由上下兩個摩擦輪組成，可以發射上下旋球和不旋球；2）輸球機構，漏球口有攪拌機構，采用葉片輪輸送球；3）采用齒輪帶動輸球管上的嚙合的齒盤，實現機頭搖擺；4）用了絲杠與螺母的配合其工作的原理實現機頭的升降；5）底座設計方案四個滾輪；2.4乒乓球發球器整體參數高：1200mm寬：400mm長：540mm質量：25Kg~30Kg發球頻率：17~90個每分鐘發球球速：10~20m/s根據乒乓球的大小尺寸設計輸球管道內徑為：40mm。2.5小結本章主要介紹了乒乓球發球器的相關設計的準則和要求，包括了乒乓球發球器的設計參數、材料選擇、設計方案等。在相關的設計要求和準則指導下可以對乒乓球發球器的相關功能和零部件的設計合理化，保證整個設計的科學性和使用性。3乒乓球發球器傳動設計3.1乒乓球發球器原理設計的乒乓球發球器的發射裝置由兩個摩擦輪組成，分別由兩個直流電動機來帶動。兩個摩擦輪的速度決定發射出來的乒乓球不同，當上摩擦輪速度大于下摩擦輪即發射上旋球；當下摩擦輪速度大于上摩擦輪時即發射下旋球；當上下摩擦輪速度一樣時即發射不旋球。摩擦輪可以通過電動機的轉速調節球的初始速度。如3.1圖所示：圖3.1對轉雙摩擦輪原理乒乓球發球器的發球原理是利用一對摩擦輪對轉的原理[5]，乒乓球由于受到兩個反向旋轉的摩擦輪的作用獲初速度。由圖的原理可知，兩個摩擦輪分別由兩個電機帶動，從而摩擦輪與乒乓球摩擦使乒乓球獲得動能，乒乓球發射出去，這樣設計可以使得乒乓球受到很好的控制，又使得乒乓球發射的穩定。乒乓球飛行過程的力學分析計算：為了控制乒乓球發射的角度、速度和轉向，下面考慮整個發射裝置的設計。設輪子的角速度分別為W1、W2，半徑都為R，摩擦輪的線速度為：V1=W1*R(3-1)V2=W2*R(3-2)當W1＞W2時，乒乓球發射上旋球，初速度V=(V1+V2)/2：當W1＜W2時，乒乓球發射下旋球，初速度為V=(V1+V2)/2。所以只要測量兩個摩擦輪的角速度就知道乒乓球的初速度。由資料查詢可以知道：乒乓球直徑40.00mm，重量2.53-2.70g，乒乓球臺標準尺寸為:乒乓球臺臺面尺寸：2740×1525mm,乒乓球臺臺高：760mm,乒乓球臺網寬1.83m,乒乓球臺網高0.1525m。設乒乓球的質量m=0.0027Kg，直徑d=40.00mm。由發球機發射后，產生初速度，測試知道：乒乓球運動的最大速度可達20m/s，旋轉球的最高轉速可達3000r/min。建立數學模型[6]如圖3.2所示：圖3.2乒乓球的力學分析已知球桌面的長度為L1=2740mm、寬度L2=1525mm、高度H=760mm，設發球的高度為h、飛行距離為L、擺動的角度為θ、發射的速度為v，（不記阻力和其他外力作用），乒乓球的落球的位置坐標（x，y）表達式為：,,x=,1-2.L2+Lsinθ(3-3)-y=Lcosθ(3-4)則L=vt=vQUOTE(3-5)式中θ、h、v取值不同，則可得到的不同的落點坐標，設θ的取值范圍為-15°~+15°，v的取值范圍為10m/s~20m/s。所以當θ=0°時，L的取值范圍為1.37m~2.74則h~H為18cm~61cm；當θ=±15°時，L的取值范圍為1.42cm~2.84cm，則h~H的取值范圍為19cm~65cm。考慮到空氣阻力等其他的因素h~H取值在20cm~60cm比較合適。所以可以確定乒乓球發球器發球的高度范圍在40mm之內。發球角度在±15°。3.2乒乓球發球器的升降裝置和搖擺裝置的設計由上述的內容知道乒乓球發球器的發球高度在40mm之內，發球的角度在±15°，所以設計的升降裝置和搖擺裝置如下。升降裝置：為了能更加方便實現不同線路的發球，乒乓球發球器設計了可調節發球高度的裝置，能夠上下的調整發球器不同高度的發球，采用了絲杠與螺母的配合其工作的原理：由步進電動機帶絲杠，螺母固定在托板上帶動發射裝置和輸球管，絲杠轉動則螺母在絲杠上下運動。圖3.3升降裝置如圖3.3所示：電機直接和絲杠相連，用鍵連接固定，升降的范圍在20~60mm。同時絲杠與固定盤的螺母相連，固定盤與輸球管道相連，當電機轉動帶動絲杠轉動時，螺母在絲杠的帶動下帶動輸球管的上下運動，實現發射口在不同高度下發射乒乓球。搖擺裝置：在托板上有個角度擺動裝置，齒輪由步進電機帶動，齒輪帶動輸球管上的嚙合的齒盤，使得輸球管在齒盤的作用下實現左右的擺動，所以在一定的角度或者固定的角度發射出乒乓球。搖擺裝置的設計能夠使乒乓球多角度的發射，通過改變乒乓球角度能夠使使用者感受到與人對打的感覺，改變單一的角度發射乒乓球而帶來的枯燥。搖擺裝置安裝在靠近機頭附近，如圖3.4所示：圖3.4搖擺裝置電機與傳動齒輪相連，傳動齒輪帶動套固定在輸球管上的齒輪盤，由于乒乓球臺的大小決定了搖擺的角度不能過大在30°范圍內，所以使用的齒輪盤的齒數只有一段，輸球管下端裝有軸承，因為對軸承的強度沒有要求，軸承只是方便機頭的轉動和固定作用。所以根據管道的大小選擇軸承型號NU109，內徑為45mm。3.3乒乓球發球器的電機選擇從上述內容可以知道，乒乓球發球器的運動要靠電動機帶動，所以選擇準確的電動機非常重要[7]，選擇電動機的要求有：功率的大小選擇要合適帶動裝置的運動。容易控制控制精度高性能穩定，防震和防干擾性能好電動機的最大轉矩、起動轉矩、牽入轉矩等性能指標均能滿足工作機械的要求。對于升降裝置的步電機選擇，已知電動機和絲杠直接連接的，所以兩者減速比G/L=1/1，絲杠的螺距BP=40mm，根據相同類型的乒乓球發球器了解到一般機頭部分質量為2.5Kg左右。設定做功質量為W=3.0Kg（即搖擺裝置的到發射裝置的部分）、鐵密度ρ=7.85×103Kg/m3，所以設步進電機的負載轉動慣量為QUOTE則絲杠的轉動慣量QUOTE：QUOTE=5.92QUOTE(3-6)(其中QUOTE的直徑為40mm，L為長度30mm)轉動部分的轉動慣量QUOTE：QUOTE=1.22QUOTE(3-7)QUOTE(3-8)對于電動機的負載轉矩換選QUOTE：QUOTE(3-9)(其中F為推力為0，摩擦系數μ=0.1，絲杠的機械效率?=0.9)負載轉矩QUOTE所以選擇的三相步進電動機的參數有，保持轉矩QUOTE，轉動慣量QUOTE,功率P=68W,額定電流I=0.75A,電壓U=100V。所以選用YY56型號的三相電機。因為擺動裝置的擺動部分與升降裝置的作用部分都是一樣的，所以都是擺動W=3Kg的，所以選擇的步進電機的參數：電源電壓輸入U=100V,額定電流I=0.75A功率P=60W，保持轉矩T=0.13N/m，轉動慣量QUOTE。所以選用YY56型號電機。由于發射裝置是電動機帶動摩擦輪，摩擦輪轉動發射乒乓球，由普遍的發球器選擇了解到，所以選擇的兩個直流電動機的參數：額定功率P=25W,電流I=0.27A，電壓U=220V，額定轉速n=3000r/min。選用型號4RK25GW-C的直流電機。參考相似的發球器和資料，選擇輸送機構和撥球機構的直流電動機的參數：額定功率P=15W,電流I=0.20A,額定電壓U=220V，額定轉矩T=0.125N/m，額定轉速n=1300r/min。選擇電機型號3RK15GW-C的直流電機。3.4輸球裝置的設計輸球機構是能否發出球的關鍵部分。所以輸球管道就是能夠把乒乓球順利送到發球口，而且不能卡球。考慮到乒乓球的大小和每次都能送一個球，輸球管采用強塑料比較好。輸球裝置采用葉片輪旋轉輸球，葉片輪由直流電動機帶動的一對減速齒帶動。考慮輸球的速度和效率，葉片輪設計為六個收球槽轉動一圈可以輸送6個球。對電動機速度的調節可以控制輸球頻率。為了防止卡球，葉片輪后是一段彎曲的輸球管，保證乒乓球能夠順利的進人輸球管內。圖3.5葉片輪根據乒乓球的大小為40mm，選擇如圖3.5所示，根據設計要求，葉片輪采用6個收球槽，厚度40mm，六個收球槽的直徑為40mm。3.5傳動部分的設計 在乒乓球發球器的設計中總共有兩對齒輪傳動，一對直齒輪和一對齒輪和齒盤。分別可以實現控制葉片輪的轉動輸球和搖擺裝置的左右搖擺。由于本次乒乓球發球器設計的齒輪傳遞力矩比較小，對齒輪的強度要求不大，所以選用強塑料齒輪，制造選用材料為ABS。使用塑料齒輪的優點有耐磨、耐腐蝕、震動小、質量輕、性能穩定、成本低、制造方便等。所以選擇塑料齒輪成了很多傳動機構的首選考慮。目前經常使用的的塑料齒輪大多數為漸開線小模數齒輪，所以選擇齒輪模數選為2（齒輪設計參照《機械設計》教材進行設計）[8]。以輸球裝置的一對直齒輪為例。已知條件：圓柱直齒輪傳動，輸入功率為P=15W，齒輪轉速為n=1300r/min，由電動機驅動，輕微沖擊，轉向不變，傳動比設為3。1）輸球機為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度。2）材料：參照機械手冊表10-1，選用的是塑料齒輪，高速級小齒輪，齒面硬度為30HBS。高速級大齒輪齒面硬度為30HBS。對一般工作情況下的齒輪傳動，其設計準則是：保證足夠的齒輪彎曲疲勞強度，以免發生齒根折斷；保證足夠的齒面接觸疲勞強度，以免發生齒面點蝕。對于高速重載的齒輪傳動，除以上兩種設計準則外，還應按齒面抗膠合能力的準則進行設計。由實踐得知：閉式軟齒面齒輪傳動，以保證齒面接觸疲勞強度為主；閉式硬齒面或開式齒輪傳動，以保證齒根彎曲疲勞強度為主。

該齒輪傳動為閉式硬齒面，具有一定的齒面抗點蝕能力，主要失效形式是齒根折斷，故按齒根彎曲疲勞強度設計，再按齒面接觸疲勞強度校核。設計公式為：(3-10)式中：φd=b/d1為稱為齒寬系數（b為大齒輪寬度）,由機械手冊查取；QUOTE稱為齒形系數，QUOTE為彎曲許用應力。齒輪傳動的強度計算說明：彎曲強度計算中，因大、小齒輪的、QUOTE、QUOTE、QUOTE值不同，故按此強度準則設計齒輪傳動時，校核公式為：

(3-11)表3-1使用系數K載荷狀態工作機器原動機、電動機、內燃機、燃氣輪機均勻輕微沖擊運輸機、輕、中型的卷場機、起重機、發電機鼓風機1中、小沖擊重型運輸機、卷相機、起重機、混凝土攪拌機、機床主傳動1.25較大沖擊碎礦機、特重型起重機、軋鋼機、鍛壓機1.75對于軟齒面的閉式傳動，在滿足彎曲疲勞強度的條件下，宜采用較多齒數，一般取z1=20～40.因為當中心距確定后，齒數多，則重合度大，可提高傳動的平穩性。對于硬齒面的齒輪傳動，首先應具有足夠大的模數以保證齒根彎曲疲勞強度，為減小傳動尺寸，宜取較小齒數，但要避免發生根切，一般取z1=17~20。根據設計要求取z1=20，z2=iz1=3×20=60。載荷系數K，按表3-1取K=1

轉矩T1=9.55×106×P1/n1=9.55×QUOTE×0.015/1300=110.2N·mm

彎曲疲勞許用應力：(3-12)按齒面硬度中間值查機械手冊得：(3-13)(3-14)設乒乓球發球器每天工作8小數，工作5年（一年按照30天算）則：N1=60njLh=60×1300×1×0.015×100×5=5.85×QUOTE(3-15)N2=N1/i=1.95×QUOTE(3-16)由機械手冊得彎曲疲勞壽命系數

YN1=1.05，YN2=1.05按一般可靠性要求，取QUOTE,則(3-17)(3-18)表3-2齒輪系數及應力校正系數Z（QUOTE）171819202122232425262728292.972.912.852.802.762.722.692.652.622.602.572.552.531.521.531.541.551.561.571.5751.581.591.5951.601.611.62Z（QUOTE）303540455060708090100150200∞2.522.452.402.352.322.2022.061.6251.651.671.681.701.731.751.771.781.791.831.8651.97查表3-2(3-20)(3-21)由公式：QUOTE=43(3-22)QUOTE=45(3-23)取較小者計算齒輪的模數查機械手冊按齒輪相對軸承對稱布置取φd=0.6將以上數據代入下式，得(3-24)由上述選取m=3確定主要參數1）小齒輪齒數選Z1=20，大齒輪齒數Z2=24×3=60。2）分度圓直徑為：QUOTE，QUOTE，則中心距為160mm。3）壓力角α=20°。4）齒頂高系數=2，則兩個齒輪的齒頂圓直徑為：QUOTE，QUOTE。5）頂隙系數=0.5，則兩個齒輪的齒跟圓直徑為：QUOTE，QUOTE。圖3.6傳動齒輪傳動齒輪如圖3.6。另外一對齒輪的參數選擇方法同這一對齒輪類似，因為齒盤與輸球管配合，輸球管的直徑已知為外徑=46mm則這對齒輪的參數如圖3.7所示：圖3.7搖擺裝置齒輪無論是輸球裝置還是搖擺裝置，所需要的齒輪強度要求都不是很高，而且傳遞的力矩都比較小，所以設計的齒輪都符合強度要求。根據設計的齒輪的參數和葉片輪的尺寸和參數，設計的傳動軸。軸常選用材料有碳素鋼、合金鋼和鑄鐵。根據摩擦輪軸、回轉中心軸和卸載滾輪軸。選擇的材料為ABS，根據公式QUOTE查機械設計表13-1確定C的值取120(3-25)而設計的軸QUOTE遠大于2.37，所以軸的強度都符合要求，根據機械課程設計[9]設計軸如圖3.8所示：3.8傳動軸因為葉片輪主要是運輸乒乓球，而乒乓球的質量只有0.27g，乒乓球產生的力基本可以忽略不記，所以對于產生的阻力是非常的小。3.6儲球箱和撥球裝置的設計儲球箱是用來存放乒乓球的裝置，負責把乒乓球送入輸球裝置中。在設計中整個箱體使用ABS材料，在儲球器設計上，儲球器設計成漏斗狀，上端設計斜圓錐形方便乒乓球集中在漏口。根據乒乓球的大小，儲球箱內至少要能容納200個乒乓球以上，設計的儲球箱如圖3.9所示：圖3.9儲球箱200個乒乓球的體積為6.7×QUOTEmm2，設計的儲球箱至少要滿足要求，所以設計儲球箱的總體尺寸為長350mm、寬為200mm、高180mm。同時防止乒乓球相互擠壓，造成卡球在漏口處。在儲球器的漏口旁設計一個攪拌器，攪拌器由直流電動機帶動，不需要速度太快，通過攪拌器的不停轉動攪拌消除乒乓球之間的擠壓而產生卡球的現象。圖3.10撥球桿選擇撥球桿如3.10圖所示，撥球桿可以選擇2葉片的、3葉片或者是多葉片的，根據乒乓球大小，對撥球桿的要求，撥球桿葉片不宜過密，所以設計4葉片的撥球桿。3.7小結本章主要介紹了乒乓球發球器整個機器的功能結構。其他介紹了選擇的傳動齒輪和乒乓球飛行過程的力學分析及計算。考慮了乒乓球發球器功能結構的設計和實現發球影響因素，進而實現設計的乒乓球發球器的能順利發球功能。4乒乓球發球器部分零部件三維設計對于乒乓球的一些重要部分的零部件進行設計，設計這些零部件時候應該遵守模具設計的要求，同時也要考慮到與其他零部件的搭配使用和功能問題[10]。也對另一部分的尺寸要求和搭配進行設計[11]。這樣便于設計乒乓球發球器的結構和減少成本。4.1乒乓球發球器箱體的設計乒乓球發球器的箱體上連著有存球箱，和輸球管，整體連著發球器的外殼，內部有輸球裝置、撥球裝置和輸球管，設計箱體如圖4.1所示：圖4.1箱體設計箱體的外形尺寸是根據選擇的葉片輪大小和輸球管道的大小設計而來。4.2機頭管道設計和摩擦輪的選擇根據乒乓球的大小尺寸40mm和市場選用的摩擦輪大小尺寸，設計的摩擦輪如圖4.2所示：圖4.2摩擦輪設計選用的摩擦輪尺寸：外徑為44mm、厚度14mm、內徑為9mm。選用的摩擦輪帶有凹槽的，凹槽最小外徑為40mm。圖4.3機頭管道如圖4.3所示機頭部分的管道設計，其中一部分采用90°的管道設計。考慮到乒乓球的大小和摩擦輪的大小，出球口采用長度直徑為46mm、壁厚3mm的增強塑料。考慮摩擦輪的大小，發射管口開了2個直徑55mm的孔同時和開有4個螺釘孔，方便安裝帶動摩擦輪的電機的位置。4.3電機造型圖4.4步進電機和直流電機由于本設計應用三維設計軟件SolidWorks對果乒乓球發球器進行三維造型，乒乓球發球器的各部分相互關聯，為了能夠更好的搭配零件的設計和裝配，故根據電機的型號和尺寸參數，將其三維模型繪制如圖4.4所示：左圖為帶動摩擦輪的直流電機，共計2個。右圖為其他電機造型。4.4底座板設計為了方便移動整個乒乓球發球器同時方便安裝和拆卸，底座板設計如圖4.5所示：圖4.5底座板在底部采用四個滾輪滑動，可以很好的移動整個發球器，同時配合乒乓球發球器的底座，使乒乓球發球器整體外形更加美觀。同時也為安全考慮，四個圓角比四個直角沒那么容易割傷。底座板采用薄金屬材料，能夠很好的支撐整個機體重量。4.5小結本章結合乒乓球發球器相關設計準則和裝配要求，對乒乓球發球器的部分零部件進行了設計[12]。對零部件設計的是否合理，對乒乓球發球器的裝配合理性有著至關重要的影響，同時也是乒乓球發球器設計是否合理、可用的關鍵。所以對本章零部件三維建模和數據的設計時，反復進行修改完善，以達到最好效果。5乒乓球發球器的裝配設計5.1重點部分零部件的裝配設計本次設計重點除了對乒乓球發球器的零部件設計形狀和尺寸外，另外一個重點是將相互聯系各個零部件裝配起來。零部件根據設計要求準則和三維外觀設計和裝配的設計要求，完成零部件的設計功能形狀。零部件在裝配過程中，有些零部件需要特殊裝配（比如鍵槽的裝配要求等）[13]。為了能夠清晰的表達此次設計的零部件裝配過程和合理性，對特殊部分進行設計裝配過程的說明。相對與其他的裝配形式和過程，由于其他裝配比較簡單和與之相似，故不做其他部分的特殊說明。5.2輸球裝置電機與葉片輪裝配輸球裝置電機與葉片輪裝配部分包括：電機與傳動齒輪的裝配；傳動齒輪之間的裝配；葉片輪與齒輪的裝配；軸承與葉片輪的裝配。下圖5.1為裝配所使用的零部件：a）葉片輪b）軸c）軸承d）大齒輪f）小齒輪g）電機圖5.1葉片輪、傳動軸、軸承、大齒輪、小齒輪、電機根據設計的各個部分的要求和尺寸，傳動軸一端連著底座箱，中間連接著大齒輪、軸承、葉片輪。為了能夠變現出整個裝配過程和要求，如圖5.2為繪制的裝配過程圖： ↓ ↓ ↓圖5.2輸球機構裝配過程圖鍵在鍵槽中軸向的固定良好，齒輪和電機的裝配采用鍵連接[14]，軸與齒輪及葉片輪的連接同樣用鍵連接。電機帶動小傳動齒輪的轉動從而帶動大齒輪的轉動，大齒輪和軸連接，軸同時和葉片輪相連，從而實現乒乓球的輸送。在軸的兩端同時裝有兩個圓柱軸承，軸承的作用只是為了方便軸的轉動和軸的定位，對軸承的強度沒有具體的要求，所以根據設計選用軸承為16006普通深溝球軸承。5.3.乒乓球發球器發射裝置的裝配設計發射器的部分裝配，乒乓球發球器的最主要功能就是能夠發射不同類型的球，通過調節電機速率能夠實現發射上下旋球和不旋球的功能。乒乓球發球器發射裝置部分裝配主要零部件有：直流電機（2個）、摩擦輪（2個）、發射管道，如圖5.3所示：a）摩擦輪 b）發射管c）電機 d）彎管圖5.3摩擦輪、發射管、電機、彎管圖5.4所示為直流電機和摩擦輪的裝配，摩擦輪通過六角螺釘墊片與電機連接，保證摩擦輪在電機的高速運轉下的穩定，保證發球速度要求下的穩定性。圖5.4電機與摩擦輪裝配圖5.5發射機構裝配如圖5.5所示為發射裝置的裝配圖電機上有固定的支架，通過用2個銷釘與管道連接從而使電機固定在發射管道上。5.4升降裝置的裝配升降裝置設計是整個乒乓球發球器的主要部分，升降裝置的設計雖然比較簡單，但能夠實現不定點的發射乒乓球，實現多落點的裝置，能夠滿足不同使用者的需求，是整個乒乓球發球器的靈魂。升降裝置需要的零部件如5.6圖所示：a）螺桿 b）電機c）螺母套圖5.6絲桿、電機、螺母套如下圖5.7，電機直接和絲杠相連，用鍵連接固定，升降的范圍在25~60mm。同時絲杠與固定盤的螺母相連，固定盤與輸球管道相連，當電機轉動帶動絲杠轉動時，螺母在絲杠的帶動下帶動輸球管的上下運動，實現發射口在不同高度下發射乒乓球。5.7升降機構裝配5.5撥球裝置和儲球箱的裝配乒乓球發球器的撥球裝置是保證整個機器能夠實現不斷的發射乒乓球的裝置。撥球裝置所有的零部件如圖5.8所示：a）撥球桿 b）電機c）套筒圖5.8撥球桿、電機、套筒下圖5.9為撥球裝置的裝配圖，電機與套筒相連，套筒前端帶有平頭鍵用于與撥球桿相連電機轉動帶動撥球桿轉動，使撥球桿在儲球箱內不停的轉動，從而是乒乓球之間壓力消除而順利掉進輸球管內。圖5.9撥球裝置裝配5.6搖擺裝置的裝配搖擺裝置的設計能夠使乒乓球多角度的發射，通過改變乒乓球角度能夠使使用者感受到與人對打的感覺，改變單一的角度發射乒乓球而帶來的枯燥。搖擺裝置安裝在靠近機頭附近，搖擺裝置的主要零部件如圖5.10所示：a)傳動齒輪b）傳動齒輪套c）軸承d）電機圖5.10傳動齒輪（2個）、軸承、電機圖5.11搖擺機構裝配如圖5.11所示，電機與傳動齒輪相連，傳動齒輪帶動套固定在輸球管上的齒輪盤，由于乒乓球臺的大小決定了搖擺的角度不能過大在30°范圍內，所以使用的齒輪盤的齒數只有一段。5.7各大部分的裝配雖然將乒乓球發球器的裝配分成了五部分：、輸球裝置、發射裝置、升降裝置、撥球裝置、搖擺裝置。但各大部分的裝配也非常重要，各大部分和重要部分裝配起來才能夠組成乒乓球發球器整個整體，完成乒乓球發球器的設計。各大部分的裝配如圖5.12所示：圖5.12各大部分裝配圖5.13為整個的爆炸視圖。各大部分與主要部分的裝配按照設計的要求和尺寸進行裝配如圖5.14所示：圖5.13爆炸圖圖5.14總體裝配完成乒乓球發球器的整體裝配，標志著整體乒乓球發球器的設計已經完成。5.8本章小結本章對乒乓球發球器的裝配進行了設計[15]，主要分主要部分和各大部分的裝置設計介紹。整個裝配設計的好壞直接影響設計的乒乓球發球器的可行性和性能要求的實現。本章的裝配設計通過類似的產品裝配方法和設計要求準則兩方面，實現乒乓球發球器的裝配設計。但是由于個人專業水平有限及乒乓球發球器行業專業了解不多，在這個設計過程中，不可避免會忽略一些重要的設計要素，故也是本設計的缺陷所在。6乒乓球發球器的使用注意事項和保養1）請以水平方式放在堅固的地面上。地面若傾斜或不平則影響發球，請特別注意。2）請務必裝上接地線及漏電保護開關。電源插頭應該完全插入插座中，對待接地的產品，應該與帶接地插口的插座連接。3）請不要用手或細根的棒子插入輸球管道或者是儲球箱漏球管內。因為如果正當電機轉動時，會發生危險或者是損壞電機。4）當交流電插頭未拔出時，不得打開儲存箱底部和觸碰底部的任何部件。否則有可能造成設備損壞或人員觸電造成傷害。5）在機器帶電的任何情況內，避免身體易受傷的部分或者是眼睛處于發球機頭出球口內或前方，以免被發射出的球擊傷。6）清理摩擦輪，摩擦輪外沿與球接觸的，比較易沾染球帶來的污垢，污垢多了后對發球有影響。可用沾濕酒精的棉球棒或布擦除上面的積垢。切莫用汽油或任何其它溶劑。7）因為整個乒乓球發球器的大部分零部件都是用ABS塑料，不宜在陽光下暴曬。工作溫度為攝氏5度